高考物理創(chuàng)新案例(人教版)實(shí)驗(yàn)二 研究彈力與彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系ppt
《高考物理創(chuàng)新案例(人教版)實(shí)驗(yàn)二 研究彈力與彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系ppt》由會(huì)員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《高考物理創(chuàng)新案例(人教版)實(shí)驗(yàn)二 研究彈力與彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系ppt(54頁(yè)珍藏版)》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
,歡迎進(jìn)入物理課堂,一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)量之間的關(guān)系.2.學(xué)會(huì)利用圖象法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù).,二、實(shí)驗(yàn)原理1.如圖實(shí)-2-1所示,在彈簧下端懸掛鉤碼時(shí)彈簧會(huì)伸長(zhǎng),平衡時(shí)彈簧產(chǎn)生的彈力與所掛鉤碼的重力大小相等.2.彈簧的長(zhǎng)度可用刻度尺直接測(cè)出,伸長(zhǎng)量可以由拉長(zhǎng)后的長(zhǎng)度減去彈簧原來(lái)的長(zhǎng)度進(jìn)行計(jì)算.這樣就可以研究彈簧的彈力和彈簧伸長(zhǎng)量之間的定量關(guān)系了.,三、實(shí)驗(yàn)器材鐵架臺(tái)、彈簧、毫米刻度尺、鉤碼若干、三角板、坐標(biāo)紙、重垂線、鉛筆.四、實(shí)驗(yàn)操作1.實(shí)驗(yàn)步驟(1)將彈簧的一端掛在鐵架臺(tái)上,讓其自然下垂,用刻度尺測(cè)出彈簧自然伸長(zhǎng)狀態(tài)時(shí)的長(zhǎng)度l0,即原長(zhǎng).,(2)如圖實(shí)-2-2所示,在彈簧下端掛質(zhì)量為m1的鉤碼,量出此時(shí)彈簧的長(zhǎng)度l1,記錄m1和l1,填入自己設(shè)計(jì)的表格中.,(3)改變所掛鉤碼的質(zhì)量,量出對(duì)應(yīng)的彈簧長(zhǎng)度,記錄m2、m3、m4、m5和相應(yīng)的彈簧長(zhǎng)度l2、l3、l4、l5,并得出每次彈簧的伸長(zhǎng)量x1、x2、x3、x4、x5.,2.?dāng)?shù)據(jù)處理(1)以彈力F(大小等于所掛鉤碼的重力)為縱坐標(biāo),以彈簧的伸長(zhǎng)量x為橫坐標(biāo),用描點(diǎn)法作圖.連接各點(diǎn),得出彈力F隨彈簧伸長(zhǎng)量x變化的圖線.(2)以彈簧的伸長(zhǎng)量為自變量,寫出曲線所代表的函數(shù).首先嘗試一次函數(shù),如果不行則考慮二次函數(shù).(3)得出彈力和彈簧伸長(zhǎng)之間的定量關(guān)系,解釋函數(shù)表達(dá)式中常數(shù)的物理意義.,五、注意事項(xiàng)1.所掛鉤碼不要過(guò)重,以免彈簧被過(guò)分拉伸,超出它的彈性限度.2.每次所掛鉤碼的質(zhì)量差盡量大一些,從而使坐標(biāo)上描的點(diǎn)盡可能稀,這樣作出的圖線更精確.3.測(cè)量彈簧的原長(zhǎng)時(shí)要讓它自然下垂.測(cè)彈簧長(zhǎng)度時(shí),一定要在彈簧豎直懸掛且處于平衡狀態(tài)時(shí)測(cè)量,以減小誤差.,4.描點(diǎn)畫線時(shí),所描的點(diǎn)不一定都落在一條曲線上,但應(yīng)注意一定要使各點(diǎn)均勻分布在曲線的兩側(cè).描出的線不應(yīng)是折線,而應(yīng)是平滑的曲線.5.記錄數(shù)據(jù)時(shí)要注意彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的對(duì)應(yīng)關(guān)系及單位.,六、誤差分析1.鉤碼標(biāo)值不準(zhǔn)確及彈簧長(zhǎng)度測(cè)量不準(zhǔn)確帶來(lái)誤差.2.作圖時(shí)描點(diǎn)及連線不準(zhǔn)確也會(huì)帶來(lái)誤差.3.彈簧豎直懸掛時(shí),未考慮彈簧自身重力的影響而帶來(lái)誤差.,[例1](1)在“探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中,以下說(shuō)法正確的是.A.彈簧被拉伸時(shí),不能超出它的彈性限度B.用懸掛鉤碼的方法給彈簧施加拉力,應(yīng)保證彈簧位于豎直位置且處于平衡狀態(tài)C.用直尺測(cè)得彈簧的長(zhǎng)度即為彈簧的伸長(zhǎng)量D.用幾個(gè)不同的彈簧,分別測(cè)出幾組拉力與伸長(zhǎng)量,得出拉力與伸長(zhǎng)量之比相等,(2)某同學(xué)做“探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn),他先把彈簧平放在桌面上使其自然伸長(zhǎng),用直尺測(cè)出彈簧的原長(zhǎng)L0,再把彈簧豎直懸掛起來(lái),掛上鉤碼后測(cè)出彈簧伸長(zhǎng)后的長(zhǎng)度L,把L-L0作為彈簧的伸長(zhǎng)量x,這樣操作,由于彈簧自身重力的影響,最后畫出的圖線可能是圖實(shí)-2-3中的.,解析:(1)實(shí)驗(yàn)中應(yīng)以所研究的一根彈簧為實(shí)驗(yàn)對(duì)象,在彈性限度內(nèi)通過(guò)增減鉤碼的數(shù)目來(lái)改變對(duì)彈簧的拉力,以探索彈力與彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系,并且拉力和重力平衡,所以選A、B.(2)由于考慮彈簧自身重力的影響,當(dāng)不掛鉤碼時(shí),彈簧的伸長(zhǎng)量x>0,所以選C.,答案:(1)AB(2)C,[例2]利用如圖實(shí)-2-4甲所示裝置做探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)關(guān)系的實(shí)驗(yàn).所用的鉤碼每只的質(zhì)量為30g.實(shí)驗(yàn)中,先測(cè)出不掛鉤碼時(shí)彈簧的自然長(zhǎng)度,再將5個(gè)鉤碼逐個(gè)加掛在彈簧下端,穩(wěn)定后依次測(cè)出相應(yīng)的彈簧總長(zhǎng)度,將數(shù)據(jù)填在表中.(彈力始終未超過(guò)彈性限度,取g=10m/s2),圖實(shí)—2—4,(1)在圖實(shí)-2-4乙坐標(biāo)系中作出彈簧彈力大小F跟彈簧總長(zhǎng)度x之間的函數(shù)關(guān)系的圖線.(2)由圖線求得該彈簧的勁度系數(shù)k=________N/m.(保留兩位有效數(shù)字),[答案]見解析,[例3]在“探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系,并測(cè)定彈簧的勁度系數(shù)”的實(shí)驗(yàn)中,實(shí)驗(yàn)裝置如圖實(shí)-2-6所示.所用的每個(gè)鉤碼的重力相當(dāng)于對(duì)彈簧提供了向右恒定的拉力.實(shí)驗(yàn)時(shí)先測(cè)出不掛鉤碼時(shí)彈簧的自然長(zhǎng)度,再將5個(gè)鉤碼逐個(gè)掛在繩子的下端,每次測(cè)出相應(yīng)的彈簧總長(zhǎng)度.,(1)有一個(gè)同學(xué)通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)測(cè)量后把6組數(shù)據(jù)描點(diǎn)在坐標(biāo)圖實(shí)-2-7中,請(qǐng)作出F-L圖線.,(2)由此圖線可得出該彈簧的原長(zhǎng)L0=________cm,勁度系數(shù)k=________N/m.(3)試根據(jù)以上該同學(xué)的實(shí)驗(yàn)情況,請(qǐng)你幫助他設(shè)計(jì)一個(gè)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的表格(不必填寫其實(shí)驗(yàn)測(cè)得的具體數(shù)據(jù)).(4)該同學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí),把彈簧水平放置與彈簧懸掛放置相比較.優(yōu)點(diǎn)在于:_______________________________________缺點(diǎn)在于:_______________________________________,[解析](1)用平滑的曲線將各點(diǎn)連接起來(lái),如圖實(shí)-2-8所示:,圖實(shí)-2-8,(2)彈簧的原長(zhǎng)L0即為彈力為零時(shí)彈簧的長(zhǎng)度,由圖象可知,L0=510-2m=5cm.勁度系數(shù)為圖象直線部分的斜率,k=20N/m.(3)記錄數(shù)據(jù)的表格如下表:,(4)優(yōu)點(diǎn)是:避免彈簧自身所受重力對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響;缺點(diǎn)是:彈簧與桌面及繩子與滑輪間存在的摩擦造成實(shí)驗(yàn)的誤差.,[答案](1)見解析(2)520(3)(4)見解析,1.一個(gè)實(shí)驗(yàn)小組在“探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中,使用兩條不同的輕質(zhì)彈簧a和b,得到彈力與彈簧長(zhǎng)度關(guān)系的圖象如圖實(shí)-2-9所示.下列表述正確的是()A.a(chǎn)的原長(zhǎng)比b的長(zhǎng)B.a(chǎn)的勁度系數(shù)比b的大C.a(chǎn)的勁度系數(shù)比b的小D.測(cè)得的彈力與彈簧的長(zhǎng)度成正比,解析:圖象的橫軸截距表示彈簧的原長(zhǎng),A錯(cuò)誤;圖象的斜率表示彈簧的勁度系數(shù),B正確,C錯(cuò)誤;圖象不過(guò)原點(diǎn),D錯(cuò)誤.,答案:B,2.(2010福建高考)某實(shí)驗(yàn)小組研究橡皮筋伸長(zhǎng)與所受拉力的關(guān)系.實(shí)驗(yàn)時(shí),將原長(zhǎng)約200mm的橡皮筋上端固定,在豎直懸掛的橡皮筋下端逐一增掛鉤碼(質(zhì)量均為20g),每增掛一只鉤碼均記下對(duì)應(yīng)的橡皮筋伸長(zhǎng)量;當(dāng)掛上10只鉤碼后,再逐一把鉤碼取下,每取下一只鉤碼,也記下對(duì)應(yīng)的橡皮筋伸長(zhǎng)量.根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù),作出增掛鉤碼和減掛鉤碼時(shí)的橡皮筋伸長(zhǎng)量Δl與拉力F關(guān)系的圖象如圖實(shí)-2-10所示.從圖象中可以得出________.(填選項(xiàng)前的字母),A.增掛鉤碼時(shí)Δl與F成正比,而減掛鉤碼時(shí)Δl與F不成正比B.當(dāng)所掛鉤碼數(shù)相同時(shí),增掛鉤碼時(shí)橡皮筋的伸長(zhǎng)量比減掛鉤碼時(shí)的大C.當(dāng)所掛鉤碼數(shù)相同時(shí),增掛鉤碼時(shí)橡皮筋的伸長(zhǎng)量與減掛鉤碼時(shí)的相等D.增掛鉤碼時(shí)所掛鉤碼數(shù)過(guò)多,導(dǎo)致橡皮筋超出彈性限度,解析:本題意在考查學(xué)生的識(shí)圖、用圖能力.圖中兩條線都不是直線,故Δl與F不成正比,A項(xiàng)錯(cuò);比較兩條曲線可知,在拉力相等時(shí),減掛鉤碼時(shí)橡皮筋的伸長(zhǎng)量大于增掛鉤碼時(shí)的伸長(zhǎng)量,B、C項(xiàng)錯(cuò),故D項(xiàng)正確.,答案:D,3.某同學(xué)在做研究彈簧的形變與外力的關(guān)系實(shí)驗(yàn)時(shí),將一輕彈簧豎直懸掛讓其自然下垂,測(cè)出其自然長(zhǎng)度;然后在其下部施加外力F,測(cè)出彈簧的總長(zhǎng)度L,改變外力F的大小,測(cè)出幾組數(shù)據(jù),作出外力F與彈簧總長(zhǎng)度L的關(guān)系圖線如圖實(shí)-2-11所示.(實(shí)驗(yàn)過(guò)程是在彈簧的彈性限度內(nèi)進(jìn)行的)由圖可知該彈簧的自然長(zhǎng)度為________cm;該彈簧的勁度系數(shù)為________N/m.,答案:1050,4.以下是一位同學(xué)做“探究形變與彈力的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn).(1)下列的實(shí)驗(yàn)步驟是這位同學(xué)準(zhǔn)備完成的,請(qǐng)你幫這位同學(xué)按操作的先后順序,用字母排列出來(lái)是______.A.以彈簧伸長(zhǎng)量為橫坐標(biāo),以彈力為縱坐標(biāo),描出各組數(shù)據(jù)(x,F(xiàn))對(duì)應(yīng)的點(diǎn),并用平滑的曲線連結(jié)起來(lái)B.記下彈簧不掛鉤碼時(shí),其下端在刻度尺上的刻度L0C.將鐵架臺(tái)固定于桌子上,并將彈簧的一端系于橫梁上,在彈簧附近豎直固定一刻度尺,D.依次在彈簧下端掛上1個(gè)、2個(gè)、3個(gè)、…鉤碼,并分別記下鉤碼靜止時(shí),彈簧下端所對(duì)應(yīng)的刻度并記錄在表格內(nèi),然后取下鉤碼E.以彈簧的伸長(zhǎng)量為自變量,寫出彈力與彈簧的伸長(zhǎng)量的關(guān)系式F.解釋函數(shù)表達(dá)式中常數(shù)的物理意義,(2)下表是這位同學(xué)探究彈力大小與彈簧伸長(zhǎng)之間的關(guān)系所測(cè)的幾組數(shù)據(jù):,①在圖實(shí)-2-12的坐標(biāo)上作出F-x圖線;②寫出曲線的函數(shù)表達(dá)式(x用cm作單位):________;③函數(shù)表達(dá)式中常數(shù)的物理意義________.,解析:(1)CBDAEF(2)①依據(jù)上述表中的數(shù)據(jù)在直角坐標(biāo)系中描點(diǎn),并過(guò)這些點(diǎn)作出圖線,如圖所示.②根據(jù)所作的圖線可寫出函數(shù)表達(dá)式為:F=0.43x③根據(jù)胡克定律F=kx知函數(shù)表達(dá)式中的常數(shù)為彈簧的勁度系數(shù),其物理意義是彈簧每伸長(zhǎng)或壓縮0.01m(1cm)所需的拉力或壓力大小為0.43N.,答案:(1)CBDAEF(2)①見解析②F=0.43x③彈簧每伸長(zhǎng)或縮短0.01m(1cm)所需的拉力或壓力大小為0.43N,(2)有一段橫截面是圓形的橡皮筋,應(yīng)用如圖實(shí)-2-13所示的實(shí)驗(yàn)裝置可以測(cè)量出它的楊氏模量Y的值.首先利用測(cè)量工具a測(cè)得橡皮筋的長(zhǎng)度L=20.00cm,利用測(cè)量工具b測(cè)得橡皮筋未受到拉力時(shí)的直徑D=4.000mm,那么測(cè)量工具a應(yīng)該是________,測(cè)量工具b應(yīng)該是________.,(3)下面的表格是橡皮筋受到的拉力F與伸長(zhǎng)量x的實(shí)驗(yàn)記錄.請(qǐng)作出F-x圖象,由圖象可求得該橡皮筋的勁度系數(shù)k=________N/m.(4)這種橡皮筋的Y值等于________.,答案:(1)D(2)毫米刻度尺螺旋測(cè)微器(3)圖象見解析圖3.1102(4)5106Pa,6.(2011南京模擬)17世紀(jì)英國(guó)物理學(xué)家胡克發(fā)現(xiàn):在彈性限度內(nèi),彈簧的形變量與彈力成正比,這就是著名的胡克定律.受此啟發(fā),一學(xué)習(xí)小組同學(xué)研究“金屬線材伸長(zhǎng)量與拉力的關(guān)系”的探究過(guò)程如下:A.有同學(xué)認(rèn)為:橫截面為圓形的金屬絲或金屬桿在彈性限度內(nèi),其伸長(zhǎng)量與拉力成正比,與截面半徑成反比.B.他們準(zhǔn)備選用一些“由同種材料制成的不同長(zhǎng)度、不同半徑的線材”作為研究對(duì)象,用測(cè)距儀、傳感器等儀器測(cè)量線材的伸長(zhǎng)量隨拉力變化的規(guī)律,以驗(yàn)證假設(shè).,C.通過(guò)實(shí)驗(yàn)取得如下數(shù)據(jù):D.同學(xué)們對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、歸納后,對(duì)他們的假設(shè)進(jìn)行了補(bǔ)充完善.,(1)上述科學(xué)探究活動(dòng)中,屬于“制定計(jì)劃”和“搜集證據(jù)”的環(huán)節(jié)分別是________、________.(2)請(qǐng)根據(jù)上述過(guò)程分析他們的假設(shè)是否全部正確?若有錯(cuò)誤或不足,請(qǐng)給予修正.,解析:確定研究對(duì)象,選取實(shí)驗(yàn)器材屬“制定計(jì)劃”;實(shí)驗(yàn)過(guò)程和測(cè)量數(shù)據(jù)屬“搜集證據(jù)”.研究伸長(zhǎng)量x與拉力F、長(zhǎng)度L、直徑D的關(guān)系時(shí),采用控制變量法,比如長(zhǎng)度、直徑不變,再研究伸長(zhǎng)量與力的關(guān)系,這種方法稱為控制變量法.這是物理實(shí)驗(yàn)中的一個(gè)重要研究方法.,答案:(1)BC(2)他們的假設(shè)不是全部正確.在彈性限度內(nèi),金屬絲(桿)的伸長(zhǎng)量與拉力成正比,與截面半徑的平方成反比,還與金屬絲(桿)的長(zhǎng)度成正比,同學(xué)們,來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全,同學(xué)們,來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全,- 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